參數(shù)名稱	數(shù)   值	單位
電機額定電壓	10000	V
電機額定電流	448	A
電機額定頻率	50	Hz
電機額定功率	6500	kW
電機額定轉速	996	rpm
電機極對數(shù)	3	對極
電機額定效率	0.9

        傳統(tǒng)形式的燒結主抽風系統(tǒng)為，主抽風機電機始終工作在工頻電網(wǎng)下，對燒結生產(chǎn)中的風量、負壓的調節(jié)僅通過改變風機擋板開度來實現(xiàn)，此種方式已沿用多年，并逐漸暴露出了其內(nèi)在的不足：1、對風機擋板控制相對粗略，無法較準確地調整風機的風量等系統(tǒng)參數(shù)。2、風機始終工作在工頻狀態(tài)，無節(jié)能效果，提高了燒結礦成本。3、風機功率巨大（單臺6500kW），配套軟啟動器無法完全解決電機啟動時對電網(wǎng)的沖擊，且連續(xù)啟動次數(shù)僅局限在3次以下。
        采用高壓變頻器之后，對于燒結風系統(tǒng)參數(shù)的調節(jié)，完全可以通過調整主抽電機轉速來完成，并能實時修改電動機的轉速，非常平滑地實現(xiàn)燒結生產(chǎn)中風、負壓的調節(jié)功能。與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，其主要優(yōu)勢在于：1、風機擋板可開至100%，生產(chǎn)中僅需調節(jié)風機轉速即可滿足燒結生產(chǎn)所需系統(tǒng)參數(shù)，滿足生產(chǎn)。2、由于設計風機時均考慮了功率的富裕量，故在實際生產(chǎn)中，風機僅工作在工頻以下便能滿足生產(chǎn)，從而節(jié)省大量電能，降低燒結礦噸耗成本。3、高壓變頻啟動風機電機，對電網(wǎng)無沖擊，啟動曲線平滑，延長電機壽命，在啟動條件允許的情況下，重復啟動次數(shù)不受任何限制。
        除此之外，為了能夠最大限度保障燒結生產(chǎn)的連續(xù)性，主抽風系統(tǒng)采用高壓變頻控制后，具備二拖二相互啟動功能，單臺變頻器出現(xiàn)故障后，另一臺變頻器亦能夠實現(xiàn)兩臺電動機的工頻運行，滿足生產(chǎn)。

         3、HARSVERT-A10/470型高壓變頻器原理及特點
         Harsvert-A系列高壓變頻器是由北京利德華福技術有限公司生產(chǎn)，具有自主知識產(chǎn)權，適合國內(nèi)電網(wǎng)特性，符合國內(nèi)用戶使用習慣的調速系統(tǒng)。該系統(tǒng)為電壓源型高壓變頻器，具有運行穩(wěn)定、調速范圍廣、輸出波形好、輸入電流諧波低、功率因數(shù)高、效率高等特點，對電網(wǎng)諧波污染小，總體諧波畸變THD小于4%，直接滿足IEEE519-1992的諧波抑制標準，不必采用輸入諧波濾波器，功率因數(shù)高，不必采用功率因數(shù)補償裝置，輸出波形好，不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機。
                                          
               
        Harsvert-A系列高壓變頻器采用單元串聯(lián)多電平PWM拓撲結構（簡稱CSML）。由若干個低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)的方式實現(xiàn)直接高壓輸出,高壓主回路與控制器之間為光纖連接，安全可靠；精確的故障報警保護；具有電力電子保護和工業(yè)電氣保護功能，保證變頻器和電機在正常運行和故障時的安全可靠。
        電網(wǎng)電壓（10kV）經(jīng)過副邊多重化的隔離變壓器降壓后給功率單元供電，功率單元為三相輸入，單相輸出的交直交PWM電壓源型逆變器結構，相鄰功率單元的輸出端串接起來，形成Y接結構，實現(xiàn)變壓變頻的高壓直接輸出，供給高壓電機。10kV輸出電壓每相有9個（n+1系統(tǒng)，具有旁路3個模塊不降額）額定電壓為700V的功率單元串聯(lián)而成，輸出相電壓5600V，線電壓達到10kV左右，每個功率單元承受全部的電機電流，但只提供1/9的相電壓和1/27的輸出功率。 
                                  

        每個功率單元分別由輸入變壓器的一組副邊供電，功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣，二次繞組采用延邊三角形接法，實現(xiàn)多重化，以達到降低輸入諧波電流的目的，即使在電動機電流出現(xiàn)不平衡的情況下，也能保證各相位組的電流基本相同，達到理想的諧波抵消效果。對10kV輸出電壓，給27個功率單元供電的27個二次繞組每3個一組，分為9個不同的相位組，互差60/9度電度角，形成54脈沖的整流電路結構，輸入電流波形接近正弦波，總的諧波電流失真低于3%，輸入功率因數(shù)可以達到0.96以上。
                                 
                                   

逆變器輸出采用多電平移相式PWM技術，同一相的功率單元輸出相同幅值和相位的基波電壓，但串聯(lián)各單元的載波之間互相錯開一定電角度，實現(xiàn)多電平PWM，輸出電壓非常接近正弦波。輸出電壓每個電平臺階只有單元直流母線電壓大小，所以dv/dt很小，功率單元采用較低的開關頻率，以降低開關損耗，且輸出電平數(shù)增加。10kV輸出電壓輸出相電壓為19電平，線電壓為37電平，輸出等效開關頻率9KHz，電平數(shù)和等效開關頻率的增加有利于改善輸出波形，降低輸出諧波，由諧波引起的電機發(fā)熱、噪音、轉矩脈動等都大大降低，可以直接用于普通異步電機，不會產(chǎn)生輸出電纜較長時行波反射引起的浪涌電壓增加而造成電機絕緣破壞問題。
                                   
                                   
                                        
                

采用功率單元串聯(lián)，而不是功率器件串聯(lián)，器件承受的最高電壓為單元內(nèi)直流母線的電壓，器件不必串聯(lián)，不存在器件串聯(lián)引起的均壓問題。直接使用低壓IGBT功率模塊，器件工作在低壓狀態(tài)，不易發(fā)生故障；10kv變頻器共使用54對1700V低壓IGBT，低壓IGBT門極驅動功率較低，驅動電路非常簡單，開關頻率很低，不必采取均壓電路和浪涌吸收電路，系統(tǒng)效率高，同時功率單元采用電容濾波的結構，總體技術成熟可靠。
        變頻器可以承受30%的電源電壓下降而繼續(xù)運行，變頻器的10KV主電源完全失電時，變頻器可以在3秒內(nèi)不停機，能夠全面滿足變頻器動力母線切換時不停機的需要。另外10KV主電源欠壓時可不停機，自動降額，電壓正常后再恢復到原來速度。

        采用二極管不可控整流電路結構，變頻器對浪涌電壓的承受能力較強，雷擊或開關操作引起的浪涌電壓可以經(jīng)過變壓器（變壓器的阻抗一般為8%左右）產(chǎn)生浪涌電流，經(jīng)過功率單元的整流二極管，給濾波電容充電，濾波電容足以吸收進入到單元內(nèi)的浪涌能量，另外變壓器一次側安裝了浪涌吸收裝置，起到進一步保護作用。
        功率單元采用模塊化結構，同一變頻器內(nèi)所有功率單元結構上完全一致，可以互換，維修非常方便，更換功率單元只要拆除3個交流輸入端子和2個交流輸出端子，以及1個光纖插頭，就可抽出整個單元。當某一功率模塊發(fā)生故障時，用戶在10分鐘內(nèi)，經(jīng)過簡單的操作就可以用備用功率模塊進行更換，保證系統(tǒng)可靠運行，所有功率模塊均有兩個指示燈，一個是帶電指示，另一個是運行指示，模塊的運行狀態(tài)一目了然。
        功率單元為多極模塊串聯(lián)，某個模塊發(fā)生故障時自動旁路運行，便于現(xiàn)場采取對應措施；即在每個功率單元輸出端之間并聯(lián)旁路電路，當功率單元故障時，封鎖對應功率單元IGBT的觸發(fā)信號，然后讓旁路SCR導通，保證電機電流能通過，仍形成通路。為保證三相輸出電壓對稱，在旁路故障功率單元的同時，另外兩相對應的兩個功率單元也同時旁路。對于10kv的變頻器每相由9個功率單元串聯(lián)而成，當每相1個單元被旁路后，每相剩下8個功率單元，輸出最高電壓仍然可以達到100%，因為此系統(tǒng)為8+1冗余設計。輸出電流當然也能達到100%，也能達到100%，能繼續(xù)維持正常生產(chǎn)。

        輸入干式變壓器免維護，可靠性高。變壓器的防護與變頻器共同防護為IP21防護外殼，可防止直徑大于12mm的固體異物及鼠、蛇、貓、雀等小動物進入，造成短路停電等惡性故障，為帶電部分提供安全屏障。

        高效率(>96%)，輸入功率因數(shù)高(>0.95)，電流諧波少(<4%)，無須功率因數(shù)補償/諧波抑制裝置；輸出階梯正弦PWM波形，無須輸出濾波裝置，對電纜、電機絕緣無損害，電機諧波少，減少軸承、葉片的機械振動，輸出線可以長達1000米；減少配件的損耗，延長設備使用壽命，提高勞動生產(chǎn)效率。

高的調速精度和精確的輸出頻率分辨率(0.01HZ)，輸出頻率0.5Hz—120Hz連續(xù)可調，完全可以滿足電力機組生產(chǎn)工藝工況的要求；電機可實現(xiàn)軟啟動、軟制動，轉速自動控制；啟動電流小于電機的額定電流；電機啟動時間可連續(xù)可調，減少了對電網(wǎng)影響。
                       

變頻器預裝具有自主版權的全中文操作和監(jiān)控軟件，本機及遠程啟停操作、功能設定、參數(shù)設定、故障查詢、運行記錄查詢等均采用全中文的WINDOWS操作界面；配備7寸彩色液晶觸摸顯示屏，可實現(xiàn)完整的通用變頻器參數(shù)設定功能，可打印輸出運行報表；調整觸摸式面板，可隨時顯示電壓及電流波形、頻率和電機轉速，可非常直觀地顯示電機在任何時間的實時狀態(tài)；具有很強的診斷、指示能力：可檢測變頻器各部分的運行狀態(tài)，完整的故障監(jiān)測電路、精確的故障定位，所有的功率模塊均為智能化設計，當有故障發(fā)生時，將故障信息返回到主控單元中，主控單元會及時將主要功率元件IGBT關斷，保護主電路，同時在中文人機界面上精確定位顯示故障位置、類別，使故障點一目了然，適應于一般操作工人和維護人員的技能水平。

        變頻器直接內(nèi)置有PLC，易于改變控制邏輯關系，適應多變的現(xiàn)場需要；與機組的DCS系統(tǒng)實現(xiàn)真正的無縫接口。

        采用外部模擬信號控制變頻器輸出頻率時(變頻器作為DCS的執(zhí)行機構)，如果發(fā)生模擬信號掉線或短路時，變頻器可以提供報警信號，同時保持原有輸出頻率不變。
        變頻器控制電源可接收雙路交流220V輸入，并配備有UPS，在控制電源任意一路交流電掉電后可以切換到備用電源。當兩路都交流電都斷開，UPS也可以繼續(xù)維持運行接近30分鐘�？梢岳^續(xù)運行，同時提供報警。

重鋼新區(qū)燒結廠2×360㎡燒結機主抽風電氣控制系統(tǒng)所采用的高壓變頻控制主回路圖如下：
                                       

重鋼新區(qū)燒結主抽風機高壓控制系統(tǒng)（單系列）主要由以下幾部分組成：

1)   10KV高壓開關柜QF1～QF4，主要功能為：提供變頻器電源及電機工頻運行電源。

2)   激磁涌流電阻：減少變頻器上電時對變頻器的沖擊。

3)   高壓變頻器：控制、調節(jié)風機轉速。

4)   交流電抗器：抑制同步投切時電網(wǎng)對變頻器輸出端的沖擊。

5)   變頻器控制柜：參與單臺變頻器控制及投切部分功能。

6)   協(xié)調控制柜：兩臺主抽電機之間投切配合；高壓柜與變頻器間配合控制功能。

本次2×360㎡燒結機主抽風控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)2臺變頻調速裝置的互為備用和在線切換功能。在互為備用的2臺變頻調速裝置中，當一臺故障時，另一臺可以啟動故障變頻調速裝置所帶的電機的要求。

以2臺變頻調速裝置分別對應拖動2臺風機運行，當M1風機變頻調速裝置出現(xiàn)故障的工況為例，系統(tǒng)切換過程如下：協(xié)調控制單元向TF2發(fā)出同步切換至工頻請求→TF2急停后將電抗器旁路斷路器QF10分斷，電抗器串入主回路，TF2飛車啟動同時拖動M2風機提速至50Hz后實時檢測對比TF2電源輸入側與變頻調速裝置輸出側電壓幅值、相位角度、頻率，經(jīng)過計算并調整后當電壓幅值誤差≤2%；相位誤差≤3°；頻率誤差≤0.05Hz時向協(xié)調控制單元發(fā)出同步切換合閘指令→協(xié)調控制單元控制QF4合閘，合閘完成后由TF2向協(xié)調控制單元發(fā)出同步切換分閘指令→協(xié)調控制單元控制QF7分閘，M2風機完全轉換為工頻直接拖動→協(xié)調控制單元向TF2發(fā)出拖動M1變頻運行指令，同時向QF8發(fā)合閘指令，由TF2拖動M1風機變頻運行。邏輯示意如下：
                                           

變頻軟啟動過程按照切換方式可以分為同步投切和異步投切兩類，異步投切的電流一般在額定電流的2倍以下，對于6500kW/10kV的電機而言，投切電流大概在900A以下，對電網(wǎng)的沖擊較大，因此在此應用中利德華福推薦選用同步投切方式。同步投切是一種沖擊電流更小的切換方式，一般可以將沖擊電流控制在額定電流的20％以內(nèi)，是最理想的啟動方式。

同步投切原理如下：

（1）電機從變頻同步投切到工頻（以圖14為例說明）：

1）初始狀態(tài)：當QF7斷開，QF1、QF5閉合時，變頻器TF經(jīng)過電抗器X驅動電機M1變頻運行。

2）接收到投工頻指令后，變頻器驅動電機到達工頻轉速；

3）變頻器輸出與電網(wǎng)電壓同步，包括電壓幅值、頻率、相位。

4）同步成功后，閉合電網(wǎng)QF7開關。此時，電機為變頻和工頻同時供電運行。

5）變頻器停止輸出，同時斷開QF1、QF5，變頻器退出運行。電機僅處于工頻運行。

波形特點：變頻投工頻時，電壓同期后工頻電壓-變頻電壓輸出波形（工頻未合閘）

黃色：工頻電壓，青色：變頻輸出電抗器下端電壓（如下圖）
                          

變頻投工頻時，電壓同期后工頻電壓-變頻電壓輸出波形（工頻已合閘）

黃色：工頻電壓，青色：變頻輸出電抗器下端電壓（如下圖）： 
                             

（2）電機從工頻同步投切到變頻（以圖14為例說明）：

1）初始狀態(tài)：當QF1、QF5斷開時，QF7閉合，電機M工頻運行。

2）變頻器接收到工頻投變頻指令后，斷開QF7，然后閉合QF1、QF5。

3）經(jīng)過高壓上電延遲的時間，變頻器出現(xiàn)待機后，自動飛車啟動尋找實際轉速，然后按給定頻率運行。 

重鋼新區(qū)燒結廠主抽風機變頻裝置于2009年12月5日投入運行后，運行良好，調節(jié)平穩(wěn)，節(jié)能效果明顯，粗略估算應在20%以上。 

        7、總結

 [1] HARSVERT-A010/470型高壓變頻器原理。

 [2] 高壓大功率變頻器技術原理與運用 人民郵電出版社 倚鵬主編